Основные теории абиогенеза



 абиогенез Это относится к серии процессов и этапов, на которых возникли первые формы жизни на Земле, начиная с инертных мономерных блоков, которым со временем удалось увеличить их сложность. В свете этой теории жизнь возникла из неживых молекул при соответствующих условиях.

Вполне вероятно, что после того, как абиогенез произвел простые системы жизни, биологическая эволюция будет действовать, чтобы породить все сложные формы жизни, которые существуют сегодня..

Некоторые исследователи полагают, что процессы абиогенеза должны были произойти хотя бы один раз в истории Земли, чтобы дать начало гипотетическому организму LUCA или последнему универсальному общему предку (сокращений на английском языке)., последний универсальный общий предок), около 4 миллиардов лет назад.

Предполагается, что LUCA должен иметь генетический код, основанный на молекуле ДНК, которая с четырьмя основаниями, сгруппированными в триплеты, кодифицирована для 20 типов аминокислот, образующих белки. Исследователи, пытающиеся понять происхождение жизни, изучают процессы абиогенеза, которые породили LUCA.

Ответ на этот вопрос широко задавался и часто скрывался в тумане и неуверенности. По этой причине сотни биологов предложили серию теорий, которые включают от появления первичного супа до объяснений, связанных с ксенобиологией и астробиологией..

индекс

  • 1 Из чего он состоит??
  • 2 Происхождение жизни: теории
    • 2.1 Теория самозарождения
    • 2.2 Опровержение самопроизвольной генерации
    • 2.3 Вклад Пастера
    • 2.4 Панспермия    
    • 2.5 Хемосинтетическая теория
    • 2.6 Миллер и Юри эксперимент
    • 2.7 Формирование полимера
    • 2.8 Сверка результатов Миллера и Пастера
    • 2.9 Мир РНК
  • 3 Современные представления о происхождении жизни
  • 4 Термины биогенез и абиогенез
  • 5 ссылок

Из чего он состоит??

Теория абиогенеза основана на химическом процессе, благодаря которому из безжизненных предшественников возникли более простые формы жизни..

Предполагается, что процесс абиогенеза происходил непрерывно, в отличие от внезапного взгляда на случай удачи. Таким образом, эта теория предполагает существование континуума между неживой материей и первыми живыми системами..

Кроме того, предлагается ряд различных сценариев, где начало жизни может начаться с неорганических молекул. Как правило, эти условия являются экстремальными и отличаются от текущих условий Земли.

Эти предполагаемые пребиотические условия часто воспроизводятся в лаборатории, чтобы попытаться генерировать органические молекулы, такие как знаменитый эксперимент Миллера и Юри..

Происхождение жизни: теории

Происхождение жизни было одной из самых спорных тем учеными и философами со времен Аристотеля. Согласно этому важному мыслителю, разлагающаяся материя может быть превращена в животных с жизнью благодаря стихийному действию природы.

Абиогенез в свете аристотелевской мысли можно резюмировать в его знаменитой фразе OMN VIVUM EX VIVO, что означает "вся жизнь исходит от жизни".

Затем довольно большое количество моделей, теорий и предположений пытались выяснить условия и процессы, которые привели к возникновению жизни..

Ниже мы опишем наиболее выдающиеся теории, как с исторической, так и с научной точки зрения, которые пытались объяснить происхождение первых живых систем:

Теория самозарождения

В начале 17-го века было постулировано, что формы жизни могут возникать из безжизненных элементов. Теория самозарождения была широко принята мыслителями того времени, поскольку имела поддержку католической церкви. Таким образом, живые существа могут прорасти как своих родителей, так и неживой материи..

Среди наиболее известных примеров, использованных в поддержку этой теории, - появление червей и других насекомых в разложившейся плоти, лягушек, появившихся из грязи, и мышей, появившихся из грязной одежды и пота..

На самом деле были рецепты, которые обещали создание живых животных. Например, чтобы иметь возможность создавать мышей из неживого материала, мы должны были комбинировать зерна пшеницы с грязной одеждой в темной среде и с течением дней появляются живые грызуны..

Сторонники этой смеси утверждали, что человеческий пот в одежде и брожение пшеницы были агентами, которые направляли формирование жизни..

Опровержение самопроизвольной генерации

В семнадцатом веке стали замечать недостатки и пробелы в положениях теории самозарождения. Лишь в 1668 году итальянский физик Франческо Реди изобрел адекватный экспериментальный дизайн, чтобы отвергнуть его..

В своих контролируемых экспериментах Реди поместил мелко нарезанные кусочки мяса, завернутые в муслин, в стерильные контейнеры. Эти банки были надлежащим образом покрыты марлей, поэтому ничто не могло соприкасаться с мясом. Кроме того, эксперимент рассказал с другой серией бутылок, которые не были покрыты.

С течением времени черви наблюдались только в обнаруженных кувшинах, поскольку мухи могли свободно проникать и откладывать яйца. В случае банок с крышкой яйца помещали прямо в марлю.

Таким же образом исследователь Лаззаро Спалланцани разработал серию экспериментов, чтобы отвергнуть предпосылки самопроизвольной генерации. Для этого он разработал серию бульонов, которые он подвергал длительному кипению, чтобы уничтожить любой микроорганизм, который там будет жить..

Однако сторонники спонтанного поколения утверждали, что количество тепла, которому подвергались бульоны, было чрезмерным и разрушало «жизненную силу».

Вклад Пастера

Позже, в 1864 году, французский биолог и химик Луи Пастер решил положить конец постулатам самопроизвольного рождения..

Для достижения этой цели Пастер сделал стеклянные контейнеры, известные как «лебединые шеи», так как они были длинными и изогнутыми на концах, предотвращая проникновение микроорганизмов..

В этих контейнерах Пастер сварил серию бульонов, которые оставались стерильными. Когда шея одного из них сломалась, она стала загрязненной, и микроорганизмы быстро размножались.

Доказательства, предоставленные Пастером, были неопровержимы, и ему удалось разрушить теорию, которая длилась более 2500 лет..

панспермия    

В начале 1900-х годов шведский химик Сванте Аррениус написал книгу под названием «Создание миров«В котором он предположил, что жизнь пришла из космоса через споры, устойчивые к экстремальным условиям.

Логично, что теория панспермии была окружена множеством противоречий, кроме того, что она не давала объяснения происхождению жизни..

Хемосинтетическая теория

Изучая эксперименты Пастера, один из косвенных выводов его доказательств состоит в том, что микроорганизмы развиваются только из других, то есть жизнь может происходить только из жизни. Это явление было названо "биогенез".

Следуя этой точке зрения, возникнут теории химической эволюции во главе с русским Александром Опариным и англичанином Джоном Д. С. Холдейном..

Это видение, также называемое теорией хемосинтеза Опарин-Халдана, предполагает, что в пребиотической среде Земля обладала атмосферой, в которой не было кислорода и было много водяных паров, метана, аммиака, углекислого газа и водорода, поэтому она сильно снижала. 

В этой среде были разные силы, такие как электрические разряды, солнечная радиация и радиоактивность. Эти силы действовали на неорганические соединения, порождая более крупные молекулы, создавая органические молекулы, известные как пребиотические соединения..

Миллер и Юри эксперимент

В середине 1950-х годов исследователям Стэнли Л. Миллеру и Гарольду С. Юри удалось создать гениальную систему, которая имитировала предполагаемые наследственные условия атмосферы на земле, следуя теории Опарина-Холдейна..

Стэнли и Юри доказали, что в этих «примитивных» условиях простые неорганические соединения могут образовывать сложные органические молекулы, необходимые для жизни, такие как аминокислоты, жирные кислоты, мочевина и другие..

Формирование полимера

Хотя ранее упомянутые эксперименты предлагают правдоподобный путь, по которому возникли биомолекулы, являющиеся частью живых систем, они не предлагают какого-либо объяснения процесса полимеризации и увеличения сложности.

Есть несколько моделей, которые пытаются выяснить этот вопрос. Первый включает твердые минеральные поверхности, где повышенная площадь поверхности и силикаты могут действовать как катализаторы для молекул углерода..

В глубинах океана гидротермальные жерла являются подходящим источником катализаторов, таких как железо и никель. Согласно экспериментам в лабораториях, эти металлы участвуют в реакциях полимеризации.

Наконец, в глубинах океанов имеются горячие пруды, которые в результате процессов испарения могут способствовать концентрации мономеров, способствуя образованию более сложных молекул. В этом предположении основывается гипотеза «первичного супа».

Примиряя результаты Миллера и Пастера

Следуя порядку идей, обсуждаемых в предыдущих разделах, мы имеем, что эксперименты Пастера доказали, что жизнь не возникает из инертных материалов, в то время как свидетельства Миллера и Юри показывают, что если это происходит, но на молекулярном уровне.

Чтобы иметь возможность согласовать оба результата, необходимо иметь в виду, что состав земной атмосферы сегодня полностью отличается от пребиотической атмосферы..

Кислород, присутствующий в современной атмосфере, будет действовать как «разрушитель» молекул в образовании. Также необходимо учитывать, что источники энергии, которые предположительно способствовали образованию органических молекул, больше не присутствуют с частотой и интенсивностью пребиотической среды..

Все формы жизни, присутствующие на Земле, состоят из множества крупных структурных блоков и биомолекул, называемых белками, нуклеиновыми кислотами и липидами. С их помощью вы можете «построить» основу текущей жизни: клетки.

В клетке жизнь увековечена, и на этом принципе Пастер основывается на том, чтобы утверждать, что каждое живое существо должно происходить из другого существовавшего ранее..

Мир РНК

Роль автокатализа во время абиогенеза имеет решающее значение, поэтому одна из самых известных гипотез о происхождении жизни - это мир РНК, который постулирует начало от простых цепных молекул со способностью к саморепликации..

Это понятие РНК предполагает, что первые биокатализаторы были не молекулами белковой природы, а молекулами РНК - или полимером, подобным этому - со способностью выполнять катализ.

Это предположение основано на свойстве РНК синтезировать короткие фрагменты с использованием темперирования, которое направляет процесс, в дополнение к стимулированию образования пептидов, сложных эфиров и гликозидных связей..

Согласно этой теории, наследственная РНК была связана с некоторыми кофакторами, такими как металлы, пиримидины и аминокислоты. По мере развития и усложнения обмена веществ возникает способность синтезировать полипептиды..

В ходе эволюции РНК была заменена более химически стабильной молекулой: ДНК.

Современные представления о происхождении жизни

В настоящее время подозревается, что жизнь зародилась по экстремальному сценарию: океанические области вблизи вулканических дымоходов, где температура может достигать 250 ° C, а атмосферное давление превышает 300 атмосфер..

Это подозрение возникает из-за разнообразия форм жизни, обнаруженных в этих враждебных регионах, и этот принцип известен как «теория горячего мира»..

Эти среды были заселены архебактериями, организмами, способными расти, развиваться и размножаться в экстремальных условиях, вероятно, очень похожих на пребиотические условия (включая низкие концентрации кислорода и высокие уровни СО).2).

Термостойкость этих сред, защита, которую они обеспечивают от внезапных изменений, и постоянный поток газов - вот некоторые из положительных качеств, которые делают морское дно и вулканические дымоходы подходящими средами для возникновения жизни..

Термины биогенез и абиогенез

В 1974 году известный исследователь Карл Саган опубликовал статью, разъясняющую использование терминов биогенез и абиогенез. По словам Сагана, оба термина были неправильно использованы в статьях, связанных с объяснениями происхождения первых живых форм.

Среди этих ошибок - использование термина биогенез в качестве собственного антонима. Таким образом, биогенез используется для описания происхождения жизни от других живых форм, тогда как абиогенез относится к происхождению жизни из неживой материи..

В этом смысле современный биохимический путь считается биогенным, а пребиологический метаболический путь - абиогенным. Поэтому необходимо уделить особое внимание использованию обоих терминов..

ссылки

  1. Bergman, J. (2000). Почему абиогенез невозможен. Творческое исследовательское общество ежеквартально, 36(4).
  2. Pross, A. & Pascal, R. (2013). Происхождение жизни: что мы знаем, что мы знаем и что мы никогда не узнаем. Открытая биология, 3(3), 120190.
  3. Садава, Д. & Пурвес, В. Х. (2009). Жизнь: наука биологии. Ed. Panamericana Medical.
  4. Саган, C. (1974). На терминах «биогенез» и «абиогенез». Истоки жизни и эволюция биосфер, 5(3), 529-529.
  5. Шмидт М. (2010). Ксенобиология: новая форма жизни как основной инструмент биобезопасности. Bioessays, 32(4), 322-331.
  6. Серафино Л. (2016). Абиогенез как теоретическая проблема: некоторые размышления. JourНал теоретической биологии, 402, 18-20.